内部空洞を有する固体推進力の故障モードの数値シミュレーション,様々な負荷条件下での故障モード

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 機械工学の機械工学
• 航空宇宙工学は,航空宇宙工学である.

背景:

• 固体ロケットモーターの信頼性は,推進剤の構造的整合性に左右されます.
• ヒドロキシル終末ポリブタジーン (HTPB) 推進剤の内部空洞は,機械的性質を劣化させ,安全リスクをもたらします.
• 空洞効果を理解することは,推進剤の設計とモーターの安全性にとって極めて重要です.

研究 の 目的:

• 損傷を含むHTPB推進剤の構成モデルを開発し,検証する.
• 内部空洞を持つ推進剤の故障モードに対する初期モジュール,衝突速率,および制限圧力の影響を数値的に調査する.
• 推進剤の構造安全性を最適化するための基礎を確立し,空洞のサイズとエンジニアリングパラメータに関して.

主な方法:

• 一般化されたインクリメンタルストレストレーンダメージモデル (GISSMO) を用いて,HTPB推進剤の構成モデルを開発した.
• モデルの検証は,様々なストレスの場合の単軸引力試験によって行われました.
• 異なる条件下で空洞 (40〜100mm半径) を有する推進剤の故障メカニズムを分析するために数値シミュレーションを行った.

主要な成果:

• 検証されたモデルは,力-移動曲線を正確に予測し,速度に依存する材料の行動 (弾性-プラスチックから弾性) を捉えました.
• 大きな穴 (80〜100mm) は,ストレスの集中,内壁の損傷,挤出,崩壊,および潜在的な骨折を引き起こしました.
• より小さな穴 (40〜60mm) はより高い安定性を示し,損傷は主に体積圧縮に限定されました.

結論:

• 初期モジュールは損傷の伝播に大きく影響し,より高いモジュール (>24 MPa) は大きな穴の損傷を抑制する.
• 衝突時の穴の振る舞いは,速度と制限圧によって変化し,構造の安定性と損傷の局所化に影響を与えます.
• 穴のサイズに関連したエンジニアリングパラメータを最適化することは,推進剤の構造安全性を高めるための鍵です.